孤立波作用下岸滩冲淤变形及影响因素分析

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海岸蕴藏着丰富的矿产资源,具有巨大的环境价值和经济价值。然而港口、河口、泻湖及海湾通海口严重的淤积问题会给海岸工程的建设带来较大影响,海平面上升以及各种人类活动的干预使海岸侵蚀现象日益严重。因此对于岸滩的冲淤变化过程的研究具有十分重要的意义。波浪具有巨大的能量,对海岸或海岸建筑物产生巨大的冲击力,是引起海岸变化的主要因素。泥沙起动输移的条件不仅取决于水动力强度还与床沙的级配息息相关。很多学者对于相关问题展开了研究,但很少有学者给出岸滩剖面形态与各个影响因子的定量关系。由于近岸区的实际波浪近似孤立波,因此本文采用物理模型与数值计算相结合开展了孤立波作用下沙质岸滩冲淤变化过程及影响因素的研究,并对泥沙的运动轨迹及岸滩冲淤机理进行探讨。本文主要包括两大部分。第一部分为孤立波作用下沙质岸滩冲淤形态研究,第二部分为孤立波作用下水动力特性及冲淤机理分析。主要研究结果如下:(1)随着床沙粒径的增大,岸滩剖面会逐渐由侵蚀型岸滩向过渡型岸滩转变,且随着泥沙粒径的进一步增加过渡型岸滩有向淤积型岸滩转变的趋势。波高对岸滩剖面尺度的影响主要表现在沙坝沙坑尺度大小和位置两个方面,其影响规律与泥沙粒径密切相关。基于大量的试验数据资料,拟合得到岸滩最大淤积高度50Maxddeposition/d50、最大冲刷深度50Maxderosion/d50、坝顶离岸距离Ldepositionmax-SL/d50以及坑底离岸距离Lerosionmax-SL/d50分别与孤立波波陡H L、波浪作用于泥沙的相对强度gHw等影响因子之间的关系式。(2)粗颗粒泥沙均匀沙质岸滩,岸线附近的泥沙在孤立波作用下主要落淤在水跃区;碎浪区的泥沙部分落淤在上爬水流最大爬高附近,部分泥沙落淤在岸线附近;碎浪上爬区的泥沙在波浪作用后均匀分布在整个碎浪上爬区。宽级配非均匀沙质岸滩,粗颗粒泥沙以及细沙部分落淤在水流最大爬高处附近,部分落淤在水跃区靠近深水方向一侧,且细沙均分布在下层;较粗泥沙颗粒少部分落淤至最大爬高处,部分落淤在岸线附近。(3)上爬水流与回落水流的携沙能力的比值决定了岸滩的冲淤形态。碎浪上爬区回落水流时均流速大于上爬水流,岸滩冲刷形成局部冲刷坑;岸滩近岸区回落水流的时均流速明显小于上爬水流,泥沙粒径较大时易在近岸区形成淤积体。
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